热处理原理之珠光体转变
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9
② 珠光体的片间距离S0 在片状珠光体中，一片铁素体和一片渗碳体的总厚 度或相邻两片渗碳体或铁素体中心之间的距离，称
为珠光体的片间距离，用S0表示。
S0与珠光体的形成温度有 关，可用下面的经验公式
表示：
C S0 T
式中：C=8.02×104（Å· K） ΔT——过冷度（K）
10
11
珠光体型相变为扩散型相变，铁素体片和渗碳体 片的长大是受碳、铁原子的扩散控制的。
5.1 研究珠光体型相变的意义
珠光体是渗碳体和铁素体片层相间、交替排列形
成的机械混合物。用符号P表示（Pearlite）。
铁素体 含碳量 晶体结构 0.0218% 体心立方 渗碳体 6.69% 复杂斜方 奥氏体 0.77% 面心立方
珠光体转变是单相奥氏体分解为铁素体和渗碳体
两个新相的机械混合物的相变过程，因此珠光体 转变必然发生碳的重新分布和铁的晶格改组。
17
淬火马氏体
屈氏体
屈氏体（400×）
18
屈氏体电镜形貌
19
⑵ 粒状珠光体
渗碳体呈颗粒状，
均匀地分布在铁 素体基体上的组 织，铁素体呈连 续分布。
20
⑶ 针状珠光体
当钢中含有一定数量的 Cr，在转变温度较低时，可 形成一类特异形态的珠光体，其组织外形呈黑色针 状，整体呈冰花状。
21
㈡ 珠光体的晶体结构
两者合理的匹配，可得到综合力学性能良好的 P
3
珠光体转变是钢中重要的相变，同时在热处理实践 中也极为重要，因为在钢的退火与正火时所发生的 都是珠光体转变。
退火与正火
最终热处理
必须控制珠光体转变 产物的形态，以保证 所得组织具有所需要 的强度、韧塑性等。
预备热处理
要求退火或正火所 得组织能满足最终
热处理的需要。
而在亚共析钢中，先共析铁素体与奥氏体之间的位
向关系为
(111)γ∥(110)α； [110]ຫໍສະໝຸດ Baidu∥[111]α
这两种位向关系不同，说明珠光体中铁素体与先共
析铁素体具有不同的转变特性。
珠光体中渗碳体与奥氏体的位向关系比较复杂。
23
② 珠光体团中的铁素体与渗碳体之间的位向关系
存在着一定的晶体学位向关系，这样形成的相界 面具有较低的界面能，同时这种界面具有较高的 扩散速度，以利于珠光体团的长大。
珠光体形成时，铁素体与渗碳体之间的位向关系 有两种类型。
第一类
(001)cem∥(2-1-1)α
[100]cem∥[01-1]α [010]cem∥[111]α
第一类位向关系是珠光体晶核在有先共析渗碳体存 在的奥氏体晶界上产生时测得的；
24
第二类 (001)cem∥(52-1-)α
[100]cem∥[131-]α 相差2°36´ [010]cem∥[113]α 相差2°36´ 第二类位向关系是珠光体晶核在纯奥氏体晶界上 产生时测得的。 ⑵ 珠光体的亚结构 ① 珠光体中渗碳体的亚结构 目前认识还不清楚，从珠光体中萃取出来的渗碳
1
共析钢的动力学曲线和IT图
2
珠光体转变是过冷奥氏体在临界温度 A1以下比较高
的温度范围内进行的转变，共析碳钢约在A1~500℃
温度之间发生，又称高温转变。
由于相变在较高的温度下进行，铁、碳原子都能进
行扩散，所以珠光体转变是典型的扩散型相变。
珠光体 铁素体 硬度低而塑性高 渗碳体 硬度高而脆性大
体观察到了位错，同时也看到了由均匀刃型位错
组成的小角度晶界。
25
② 珠光体中铁素体的亚结构 退火状态下的珠光体中的铁素体 铁素体内具有位错亚结构，位错密度约107-8/cm2；
在一片铁素体中存在有亚晶界，构成许多亚晶粒。
退火状态下的粒状珠光体中的铁素体
由于在退火时发生了再结晶，位错密度较低，因此
不出现亚晶粒。 淬火回火的粒状珠光体中的铁素体 铁素体基体具有多边化亚结构。
两种最常见的珠光体组织
6
⑴ 片状珠光体 渗碳体呈片状，是由一 层铁素体和一层渗碳体 层层紧密堆叠而成。
材料名称：共析钢 浸蚀剂：4％硝酸酒精溶液 处理情况： 820℃加热保温后缓冷
7
8
① 珠光体团 片层排列方向大致相同的
区域，称为珠光体团或珠
光体晶粒 在一个原奥氏体晶粒内可形 成3～5个珠光体团 在每一个珠光体团中，铁素 体和渗碳体片大体上维持相 同取向的小区域，称为珠光 体领域
⑴ 珠光体相变的位向关系
①珠光体与奥氏体之间的位向关系
珠光体团中的铁素体及渗 碳体与被长入的奥氏体晶 粒之间不存在位向关系
珠光体团 奥氏体
形成可动的非共格界面 与另一侧不易长入的 奥氏体晶粒之间则形 成不易动的共格界面 保持一定的晶体学位向关系
22
珠光体形成时，铁素体与奥氏体之间的位向关系为
(110)γ∥(112)α； [112]γ∥[110]α
26
5.3 珠光体转变产物的力学性能
4
另外，为使奥氏体能够过冷到低温，使之全部转变
为马氏体或贝氏体，就必须要保证奥氏体在冷却过
程中不发生珠光体转变。 为了解决上述一系列问题，就必须对珠光体转变 过程、转变机理、转变动力学、影响因素以及珠
光体转变产物的性能等进行深入的研究。
5
5.2 珠光体的组织形态与晶体结构 ㈠ 珠光体的组织形态
珠光体 铁素体 渗碳体 根据形态不同 片状珠光体 粒状珠光体 针状珠光体
了。根据片间距离的大小，通常把珠光体分为普通 珠光体P 、索氏体S和屈氏体T。 在光学显微镜下 P： S0>0.25μm，能清晰分辨出片层结构； S： S0=0.25~0.08μm，很难分辨出片层结构； T： S0< 0.08μm，无法分辨片层结构。
14
15
索氏体
索氏体（500×）
16
索氏体（4700×）
非均匀形核： G V GV S V Gd 结果是相变驱动力过小而相变不易进行。 可见，S与ΔT必然存在一定的定量关系。
13
③ 片状珠光体的分类 通常所说的珠光体，是指在光学显微镜下能清楚分 辨出片层状态的一类珠光体，而当片间距离小到一
定程度后，光学显微镜就无法分辨不出片层的状态
当珠光体的形成温度下降时
扩散系数减小
ΔT增加 长大速度减小
S 减小
S与ΔT成反比
12
另一方面，在过冷度 ΔT一定的情况下，若S过小， 则由于铁素体和渗碳体的相界面的面积增大，导致 相变阻力阻力之一的界面能增大；而体系的自由能 差保持不变。 系统自由能变化
均匀形核：
G V GV s V
② 珠光体的片间距离S0 在片状珠光体中，一片铁素体和一片渗碳体的总厚 度或相邻两片渗碳体或铁素体中心之间的距离，称
为珠光体的片间距离，用S0表示。
S0与珠光体的形成温度有 关，可用下面的经验公式
表示：
C S0 T
式中：C=8.02×104（Å· K） ΔT——过冷度（K）
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珠光体型相变为扩散型相变，铁素体片和渗碳体 片的长大是受碳、铁原子的扩散控制的。
5.1 研究珠光体型相变的意义
珠光体是渗碳体和铁素体片层相间、交替排列形
成的机械混合物。用符号P表示（Pearlite）。
铁素体 含碳量 晶体结构 0.0218% 体心立方 渗碳体 6.69% 复杂斜方 奥氏体 0.77% 面心立方
珠光体转变是单相奥氏体分解为铁素体和渗碳体
两个新相的机械混合物的相变过程，因此珠光体 转变必然发生碳的重新分布和铁的晶格改组。
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淬火马氏体
屈氏体
屈氏体（400×）
18
屈氏体电镜形貌
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⑵ 粒状珠光体
渗碳体呈颗粒状，
均匀地分布在铁 素体基体上的组 织，铁素体呈连 续分布。
20
⑶ 针状珠光体
当钢中含有一定数量的 Cr，在转变温度较低时，可 形成一类特异形态的珠光体，其组织外形呈黑色针 状，整体呈冰花状。
21
㈡ 珠光体的晶体结构
两者合理的匹配，可得到综合力学性能良好的 P
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珠光体转变是钢中重要的相变，同时在热处理实践 中也极为重要，因为在钢的退火与正火时所发生的 都是珠光体转变。
退火与正火
最终热处理
必须控制珠光体转变 产物的形态，以保证 所得组织具有所需要 的强度、韧塑性等。
预备热处理
要求退火或正火所 得组织能满足最终
热处理的需要。
而在亚共析钢中，先共析铁素体与奥氏体之间的位
向关系为
(111)γ∥(110)α； [110]ຫໍສະໝຸດ Baidu∥[111]α
这两种位向关系不同，说明珠光体中铁素体与先共
析铁素体具有不同的转变特性。
珠光体中渗碳体与奥氏体的位向关系比较复杂。
23
② 珠光体团中的铁素体与渗碳体之间的位向关系
存在着一定的晶体学位向关系，这样形成的相界 面具有较低的界面能，同时这种界面具有较高的 扩散速度，以利于珠光体团的长大。
珠光体形成时，铁素体与渗碳体之间的位向关系 有两种类型。
第一类
(001)cem∥(2-1-1)α
[100]cem∥[01-1]α [010]cem∥[111]α
第一类位向关系是珠光体晶核在有先共析渗碳体存 在的奥氏体晶界上产生时测得的；
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第二类 (001)cem∥(52-1-)α
[100]cem∥[131-]α 相差2°36´ [010]cem∥[113]α 相差2°36´ 第二类位向关系是珠光体晶核在纯奥氏体晶界上 产生时测得的。 ⑵ 珠光体的亚结构 ① 珠光体中渗碳体的亚结构 目前认识还不清楚，从珠光体中萃取出来的渗碳
1
共析钢的动力学曲线和IT图
2
珠光体转变是过冷奥氏体在临界温度 A1以下比较高
的温度范围内进行的转变，共析碳钢约在A1~500℃
温度之间发生，又称高温转变。
由于相变在较高的温度下进行，铁、碳原子都能进
行扩散，所以珠光体转变是典型的扩散型相变。
珠光体 铁素体 硬度低而塑性高 渗碳体 硬度高而脆性大
体观察到了位错，同时也看到了由均匀刃型位错
组成的小角度晶界。
25
② 珠光体中铁素体的亚结构 退火状态下的珠光体中的铁素体 铁素体内具有位错亚结构，位错密度约107-8/cm2；
在一片铁素体中存在有亚晶界，构成许多亚晶粒。
退火状态下的粒状珠光体中的铁素体
由于在退火时发生了再结晶，位错密度较低，因此
不出现亚晶粒。 淬火回火的粒状珠光体中的铁素体 铁素体基体具有多边化亚结构。
两种最常见的珠光体组织
6
⑴ 片状珠光体 渗碳体呈片状，是由一 层铁素体和一层渗碳体 层层紧密堆叠而成。
材料名称：共析钢 浸蚀剂：4％硝酸酒精溶液 处理情况： 820℃加热保温后缓冷
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① 珠光体团 片层排列方向大致相同的
区域，称为珠光体团或珠
光体晶粒 在一个原奥氏体晶粒内可形 成3～5个珠光体团 在每一个珠光体团中，铁素 体和渗碳体片大体上维持相 同取向的小区域，称为珠光 体领域
⑴ 珠光体相变的位向关系
①珠光体与奥氏体之间的位向关系
珠光体团中的铁素体及渗 碳体与被长入的奥氏体晶 粒之间不存在位向关系
珠光体团 奥氏体
形成可动的非共格界面 与另一侧不易长入的 奥氏体晶粒之间则形 成不易动的共格界面 保持一定的晶体学位向关系
22
珠光体形成时，铁素体与奥氏体之间的位向关系为
(110)γ∥(112)α； [112]γ∥[110]α
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5.3 珠光体转变产物的力学性能
4
另外，为使奥氏体能够过冷到低温，使之全部转变
为马氏体或贝氏体，就必须要保证奥氏体在冷却过
程中不发生珠光体转变。 为了解决上述一系列问题，就必须对珠光体转变 过程、转变机理、转变动力学、影响因素以及珠
光体转变产物的性能等进行深入的研究。
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5.2 珠光体的组织形态与晶体结构 ㈠ 珠光体的组织形态
珠光体 铁素体 渗碳体 根据形态不同 片状珠光体 粒状珠光体 针状珠光体
了。根据片间距离的大小，通常把珠光体分为普通 珠光体P 、索氏体S和屈氏体T。 在光学显微镜下 P： S0>0.25μm，能清晰分辨出片层结构； S： S0=0.25~0.08μm，很难分辨出片层结构； T： S0< 0.08μm，无法分辨片层结构。
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15
索氏体
索氏体（500×）
16
索氏体（4700×）
非均匀形核： G V GV S V Gd 结果是相变驱动力过小而相变不易进行。 可见，S与ΔT必然存在一定的定量关系。
13
③ 片状珠光体的分类 通常所说的珠光体，是指在光学显微镜下能清楚分 辨出片层状态的一类珠光体，而当片间距离小到一
定程度后，光学显微镜就无法分辨不出片层的状态
当珠光体的形成温度下降时
扩散系数减小
ΔT增加 长大速度减小
S 减小
S与ΔT成反比
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另一方面，在过冷度 ΔT一定的情况下，若S过小， 则由于铁素体和渗碳体的相界面的面积增大，导致 相变阻力阻力之一的界面能增大；而体系的自由能 差保持不变。 系统自由能变化
均匀形核：
G V GV s V